Tarımda hidrojen suyu

Hidrojen suyu | “Hidrojen tarımı” dönemi yaklaşıyor

50'li yılların başlarında Biyoiklim Enstitüsü Dr. med. Bavyera'daki Ammersee Gölü'ndeki Riederau'daki Manfred Curry, mucit Alfons Natterer'in elektrolit suyunun mahsullerin büyümesi üzerindeki etkisini araştırıyor. 1970'ler ve 1990'lar arasında, şimdiki Özbekistan'da yoğunlaşan gizli Sovyet su araştırmaları, Batı'nın hakimiyetindeki akademik dünyada büyük bir karışıklığa yol açmadan, gıda üretimi, depolama ve işlemede elektro-aktive edilmiş suyun kullanımıyla da kapsamlı bir şekilde ilgilendi. . Artık spekülatif olarak "temel kuvvetler" veya "negatif redoks potansiyeli" hakkında konuşmak zorunda olmadığımız, bunun yerine bazik ve nötr elektrolitli suyun verimli ve koruyucu güçlerinin, hidrojen suyu olduğu gerçeğine dayandığını bildiğimiz için, Japonya'dan bilim adamları, Özellikle Kore ve Çin, 90 yıllık bu konunun daha da geliştirilmesi için en büyük bilimsel vizyonları geliştirmekle ilgileniyor.

Bu vizyonlardan biri, Jiqing Zeng liderliğindeki Çinli bir araştırma grubunun 2014 yılında aşağıdaki inceleme makalesinde tanımladığı “Tarımın Hidrojen Çağı” fikridir:

Hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki biyolojik etkilerine ve bunun tarımdaki umut verici uygulamalarına ilişkin araştırmalardaki ilerlemeler

Zeng Jiqing, Ye Zhouheng, Xuejun Sun; Hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki biyolojik etkilerine ilişkin araştırmalarda ilerleme ve bunun tarımda umut verici uygulaması; Tıbbi Gaz Araştırması 2014 4 : 15; DOI: 10.1186 / 2045-9912-4-15, Yayın tarihi: 20 Ağustos 2014. (Çeviren: Karl Heinz Asenbaum)

Özet

Hidrojenin tıbbi etkileri büyük ölçüde analiz edilmiş olsa da, hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki etkilerine ilişkin araştırmalar çoğu zaman daha az önem kazanmıştır. Hidrojenin botanik etkileri üzerine yapılan son çalışmalar, bitki hormonu sinyal iletim yollarında yer aldığını ve bitkinin kuraklık, tuz, soğuk ve ağır metaller gibi stres etkenlerine karşı direncini artırabildiğini göstermiştir. Ek olarak hidrojen, meyvelerin hasattan sonra olgunlaşmasını ve yaşlanmasını geciktirebilir. Gözlemler ayrıca hidrojenin bitkilerin çiçeklenme zamanını düzenleyebileceğini de göstermektedir. Bu sonuçlar hidrojenin tarımsal üretimdeki uygulamalar için büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Bu da tarımda yeni bir “hidrojen çağı”nın başladığını gösteriyor.

Giriş

Hidrojen, evrenin kütlesinin %75'inden fazlasını oluşturan, dünyada en bol bulunan elementtir. Ayrıca insan vücudunun bileşiminde en yaygın bulunan elementtir.

Hidrojen gazı renksiz, kokusuz ve tatsızdır. Fizyolojik olarak daha önce inert bir molekül olarak görülüyordu. Her şeyden önce gelecekte olası bir temiz enerji kaynağı olarak değerlendiriliyor.
1930 ile 1940 yılları arasında bazı alg ve bakterilerin hidrojen üretebildiği keşfedildi. [1, 2]. Ancak yarım yüzyılı aşkın süredir bakteri ve alglerden hidrojen üretimine yönelik hiçbir endüstriyel uygulama gelişmedi. 2007 yılında, Nippon Tıp Üniversitesi'nden bilim insanları, Nature Medicine dergisinde hidrojenin tıbbi açıdan koruyucu etkileri hakkında bir makale yayınlayarak biyolojide hidrojen hakkındaki bilgiyi tamamen yeni bir seviyeye getirene kadar durum değişmedi: ondan sonra hidrojen Artık sadece bir enerji kaynağı olarak görülmüyordu, aynı zamanda hastalık durumunda tedavi edici bir güce sahip olduğu da düşünülüyordu. [3].

Bu çalışmada yazarlar, hidrojenin, beyin enfarktüsü sonrası reperfüzyon sırasında, vücuttaki en tehlikeli reaktif oksijen radikalleri olan hidroksil radikali ·OH ve peroksinitrit anyonlarını (ONOO-) seçici olarak azaltarak reperfüzyon hasarına karşı koruduğunu bulmuşlardır.
Bu şaşırtıcı keşif, dünya çapında çok sayıda araştırmacının dikkatini hemen çekti ve bunun sonucunda hidrojenin çok çeşitli yeni tıbbi ve biyolojik etkileri rapor edildi. Hidrojenin, artık hastalıklarla mücadelede "mucize bir ilaç" olarak görülmesine rağmen, memelilerde aktif olmaması nedeniyle ilk başta dalgıçlar için solunum gazı olarak kullanıldığını düşünmek zor.

Japonya ve Çin'deki bazı araştırmacılar, tüketiciler arasında yüksek talep gören çeşitli hidrojen bazlı sağlık ürünleri geliştirdiler. Ayrıca pek çok araştırmacı, konuyu derinlemesine inceledikçe hidrojenin insan sağlığını geliştirmede daha büyük bir rol oynayacağına inanıyor.

Hidrojen tıpta, sağlıkta ve kozmetik sektöründe giderek kayan bir yıldız haline geldiğinden, tarımda da buna dair büyük umutlar var. Görünüşe göre hidrojenin sadece tıbbi tedavi ve sağlık hizmetlerinde değil, tarımsal üretimde de yaygın olarak kullanılabileceği yönünde bir beklenti var. “Tarımın hidrojen çağı” şimdiden ulaşılabilir görünüyor!
Yüksek bitkilerde hidrojen oluşumu

On dokuzuncu yüzyılın başında araştırmacılar moleküler hidrojen üretebilen bakteri ve algleri keşfetmişlerdi. 1931 yılında araştırmacılar moleküler hidrojeni aktive eden ilk bakteriyel enzimi rapor ettiler [4]. 1942 yılında ilk kez alglerde hidrojenin fotokimyasal üretimi keşfedildi [2]. Peki, eğer çoğu bakteri ve alg belirli koşullar altında hidrojen üretebiliyorsa [5 ], daha yüksek bitkilerde durum neydi? Yüksek bitkiler de hidrojen üretebilir mi?

1947'de Boichenko, alglerden izole edilen kloroplastların hidrojen salabileceğini iddia etti. Bu nedenle, yaprakları aynı zamanda kloroplast içeren yüksek bitkilerin hidrojen üretebildiğini varsaymak mantıklıdır [6]. 1961'de Sanadze, yüksek bitkilerin yapraklarının hidrojen saldığını ve emdiğini gösterdi [7]. 1964 yılında Renwick ve meslektaşları birçok yüksek bitkinin hidrojen saldığını fark ettiler. Ayrıca dışarıdan sağlanan hidrojen, kışlık çavdar tohumlarının çimlenme oranını artıracaktır. [8.] Maione ve Gibbs daha sonra Chlamydomonas reinhardtii'nin kloroplastlarından hidrojen üretimini aktive eden hidrojenazı izole etti. Hidrojenazın bazı yüksek bitkilerde de meydana geldiği hipotezini formüle ettiler. [6]. Daha sonra Torres'in hidrojen salımı ve arpa köklerinde hidrojenaz aktivitesinin tespitinden elde edilen kanıtlar, yüksek bitkilerin gerçekten de hidrojen salabildiğini doğrulamaktadır [9]. Ancak o zamandan bu yana, hidrojen üretimiyle ilgili yüksek tesislere yönelik araştırmalar uzun süre göz ardı edildi. Bunun bir nedeni muhtemelen insanların hidrojen üretimine biyolojik etki elde etmek için değil, temiz enerji elde etmek için ilgi duymasıydı. (…)
Hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki etkileri

Hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki etkisinin ilk tespiti 1964 yılında Renwick ve ark. hidro-işlem görmüş kış çavdarı tohumlarının kontrol grubuna göre daha hızlı çimlendiğini buldu [8]. Ne yazık ki hidrojenin genel sağlık üzerindeki etkileri bilinene kadar başka bilimsel çalışma yapılmadı. Ancak son zamanlarda Çin'deki araştırmacılar hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki etkilerini inceledi. Sonuçlar, hidrojenin yüksek bitkilerde, özellikle abiyotik strese karşı direnç söz konusu olduğunda önemli bir fizyolojik rol oynadığını gösterdi. Düzenleme bitkinin fizyolojik fonksiyonu üzerinde etkili olup, özellikle bitkilerin abiyotik strese karşı direncinde önemli rol oynamaktadır. (…) [10 – 12].

Nanjing Ziraat Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, H2 ön tedavisinin hem oksijenaz (HO-1) geninin ekspresyonunu indükleyebildiğini buldu. Yonca söz konusu olduğunda bu, antioksidan gen için geçerlidir, enzim aktivitesi iyileştirilir ve bu da paraquat'ın neden olduğu oksidatif hasarı azaltır. [11]. Önemli bir gaz molekülü olan H2'nin, HO-1 sinyalleri yoluyla oksidatif stresi hafiflettiğinden şüpheleniyorlardı. Ayrıca H2 ön işleminin pirinçte ve Arabidopsis'te (çırpılmış tere) tuz toleransını iyileştirdiğini, bunun da reaktif oksijen türlerinin (ROS) hasarının azalmasına yol açabileceğini buldular [12].

Ayrıca hidrojenin, antioksidan kapasitesinin artması nedeniyle yoncanın kadmiyum ve alüminyuma karşı direncini arttırdığını bulmuşlardır. [13, 14].

Güney Çin Botanik Bahçesi, Çin Bilimler Akademisi ve Şanghay'daki İkinci Askeri Tıp Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, pirinç fidelerinde hidrojenin antioksidan rolünü doğruladılar ve antioksidan enzimin ifadesinin H2 tarafından indüklendiğini buldular. Ek olarak, çeşitli fitohormon reseptör genlerinin yukarı regülasyonu keşfedildi ve hidrojen suyuyla muamele edilen pirinç fidelerinde bitki sinyal yolu kodlamasında birkaç önemli faktörü kodlayan genler bulundu. H2 üretiminin absisik asitten (Dormin) kaynaklandığını buldular. etilen ve jasmonat asit, tuz ve kuraklık stresinin yanı sıra. Bu, pirinç fidelerinde hidrojenaz aktivitesi ve varsayılan hidrojenaz genlerinin ekspresyonu ile tutarlıydı. Çalışma, hidrojenin bitkilerde önemli bir gaz halindeki sinyal molekülü olabileceğini, bitki hormonlarını düzenleyerek bitki büyümesine ve stres adaptasyonuna katkıda bulunabileceğini öne sürüyor. [10].

“Hidrojen tarımı” dönemi yaklaşıyor

Modern tarımın önemli bir özelliği gübre ve pestisitlerin yaygın kullanımıdır. Artık pestisit ve gübrelerin yanlış kullanımı ciddi çevre kirliliğine, arazi bozulmasına ve gıda güvenliği sorunlarına yol açıyor.
H2'nin güvenliği, hidrojen suyunun kullanım kolaylığı ve ekonomik verimliliği nedeniyle tarımsal üretimde uygulanma umutları oldukça cazip görünmektedir.

Son zamanlarda, Çin'deki çeşitli tarımsal araştırma kurumları tarafından yapılan bazı saha testleri, hidrojen ve hidrojen suyunun "topraksız" tarımda özellikle değerli kullanılabileceğini göstermiştir. Bitkilerin besin değeri üzerinde de olumlu etkisi vardır. Gelecekte çiftçiler, pestisit ve gübrelerin tamamen veya kısmen yerine hidrojen suyunu kullanabilirler. Bu, daha yüksek ürün kalitesi ve verim elde etmek için mahsullerin hastalıklara, böceklere, kuraklığa ve tuz stresine karşı direncini artıracaktır. Bu gelecek beklentisi son derece heyecan verici! “Hidrojen tarımı çağı” ne kadar heyecan verici! Hidrojenin tarımsal üretimde uygulanması aşağıdaki alanlarda gerçekleşebilir:
Tohum çimlenmesi

Çalışmalar H2'nin kışlık çavdar ve yonca (yonca) ve yonca tohumlarının çimlenme oranını arttırdığını göstermektedir [8]. Bu bulgu, bitkilerin tohum çimlenme oranını arttırmak için hidrojen uygulamasını desteklemektedir.

Çiçeklenme zamanının düzenlenmesi

Gül ve diğer bitkilerin hidrojenli su ile muamele edilmesinden sonra çiçeklenme zamanının değiştiği gözlemlenmiştir. Hidrojenin aynı zamanda bitki hormonu reseptör proteinlerini düzenleyen genlerin ifadesini de kontrol ettiği bulunmuştur. [10]. Bu bulgu, hidrojen suyunun bahçecilikte geniş uygulama olanaklarına sahip olduğunu göstermektedir.

Bitki stres direncinin iyileştirilmesi

Kuraklık ve tuzluluğun neden olduğu bitki stresi sıklıkla mahsul kayıplarına ve hatta mahsullerin ölümüne neden olur. Çalışmalar hidrojen suyunun pirinç, Arabidopsis ve Medicago sativa bitkilerinin tuzlanmaya, kuraklığa ve diğer streslere karşı direncini arttırdığını bulmuştur. Mahsullerin hidrojen suyuyla sulanması veya yağmurlanması, riskin en aza indirilmesi ve afetlerin önlenmesi açısından meyvelerin strese karşı direncini artırabilir.

Hastalıklara ve zararlılara karşı mahsul direncinin arttırılması

Bir çalışma, reseptör protein genlerinin ekspresyonunun, salisilik asit ve jasmonik asit gibi hastalık direnciyle ilişkili bazı bitki hormonları da dahil olmak üzere birçok bitki hormonunu düzenleyebildiğini bulmuştur [10]. Mahsullerin hidrojenli su kullanılarak sulanması muhtemelen zararlılara ve hastalıklara karşı direnci artıracak ve gıda kalitesini ve gıda güvenliğini iyileştirmek için pestisitlerin yerini alacak veya en azından bunların kullanımının azaltılmasına olanak tanıyacaktır.

Tarım ürünlerinin kalitesinin artırılması

Sebze ve meyvelerin hidrojenli su ile sulanması onları çok daha lezzetli hale getirebilir.

Gübre kullanımının azaltılması

H2, oksin ve sitokin gibi bitki hormonlarının etkilerini düzenleyebilir. Hidrojen suyu bitki büyümesini teşvik edebilir. Hidrojen suyunun maş fasulyesi bitkilerinin büyümesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir [10]. Bu nedenle gelecekte hidrojen suyu, bitkileri sulamak, bitki büyümesini teşvik etmek ve kimyasal gübre kullanımını azaltmak için çekici bir alternatif olarak kullanılabilir.

Bitkisel ürünlerin raf ömrü

Bir çalışma, kivi meyvesinin hasattan sonra hidrojenli su ile işlenmesinin olgunlaşmayı ve yaşlanmayı (yaşlanma) geciktirebileceğini göstermiştir. Oksidatif hasarın azaltılması, hidrojenli su arıtımının yaşlanma süreçlerini geciktirdiği ve kivinin solunumunu engellediği ana mekanizmalardan biri olarak kabul edilmiştir [15]. Hidrojen veya hidrojen gazının diğer gazlarla karışımlarının antioksidan özellikleri nedeniyle hidrojen, tarım ürünlerinin korunmasına katkıda bulunabilir. Toksik kalıntı bırakmayan hidrojenin güvenliği nedeniyle, taze tarımsal ürünlerin diğer kimyasal işlemlerine kıyasla güçlü bir gıda güvenliği avantajına sahiptir.

Tarımın “hidrojen çağı” kesinlikle arzu edilen bir gelişmedir. Bununla birlikte, hidrojenin tarımda uygulanmasına yönelik sağlam bir teorik temel oluşturmak amacıyla öncelikle hidrojenin yüksek bitkiler üzerindeki etkilerinin mekanizmasını çalışmanın nesnesi haline getiren çok daha derin araştırma ve geliştirmeye hala ihtiyaç vardır; Daha sonra tarımsal üretimde hidrojen veya hidrojenli su uygulamalarına yönelik kesin prosedürleri belirlemek için geniş ölçekli bir saha denemesi yapılmalıdır. Bu sorunların yavaş yavaş çözüleceğine inanıyoruz. Tarımsal “hidrojen çağı” kaçınılmaz olarak bize yaklaşacak.

Kaynakça:

1. Gaffron H: Yeşil alglerde karbondioksitin moleküler hidrojen ile indirgenmesi. Doğa. 1939, 143: 204-205. 10.1038/143204a0.Makaleyi GörüntüleGoogle Akademik
2. Gaffron H, Rubin J: Alglerde hidrojenin fermentatif ve fotokimyasal üretimi. J Gen Physiol. 1942, 26: 219-240. 10.1085/jgp.26.2.219.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
3. Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K, Watanabe M, Nishimaki K, ve diğerleri: Hidrojen, sitotoksik oksijen radikallerini seçici olarak azaltarak terapötik bir antioksidan görevi görür. Nat Med 2007, 13 (6): 688-694. 10.1038/nm1577.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
4. Stephenson M, Stickland LH: Hidrojenaz: moleküler hidrojeni aktive eden bakteriyel bir enzim: Enzimin özellikleri. Biochem J. 1931, 25 (1): 205-214.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
5. Melis A, Melnicki MR: Entegre biyolojik hidrojen üretimi. Uluslararası J Hidrojen Enerjisi. 2006, 31 (11): 1563-1573. 10.1016/j.ijhydene.2006.06.038.Makaleyi GörüntüleGoogle Akademik
6. Maione TE, Gibbs M: Chlamydomonas reinhardii'nin izole edilmiş kloroplastlarında hidrojenaz aracılı aktiviteler. Bitki Fizyolü. 1986, 80 (2): 360-363. 10.1104/pp.80.2.360.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Akademik
7. Sanadze GA: Moleküler hidrojenin ışıkta yeşil yapraklar tarafından emilmesi. Fizyol dinlenmesi. 1961, 8: 555-559.Google Akademik
8. Renwick GM, Giumarro C, Siegel SM: Yüksek bitkilerde hidrojen metabolizması. Bitki Fizyolü. 1964, 39(3): 303-306. 10.1104/pp.39.3.303.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
9. Torres V, Ballesteros A, Fernández VM: Anaerobik stres sonrasında arpa köklerinde (Hordeum vulgare L.) hidrojenaz aktivitesinin ifadesi. Arch Biochem Biyofiz. 1986, 245: 174-178. 10.1016/0003-9861(86)90202-X.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Akademik
10. Zeng J, Zhang M, Sun X: Moleküler hidrojen, bitkilerde fitohormon sinyallemesinde ve stres tepkilerinde rol oynar. PLoS Bir. 2013, 8 (8): e71038-10.1371/journal.pone.0071038.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Akademik
11. Jin Q, Zhu K, Cui W, Xie Y, Han B, Shen W: Hidrojen gazı, hem oksijenaz-1 sinyal sisteminin modülasyonu yoluyla paraquat kaynaklı oksidatif strese karşı bitki toleransını arttırmada yeni bir biyoaktif molekül görevi görür. Hücre Ortamı. 2013, 36(5): 956-969. 10.1111/pce.12029.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
12. Xie Y, Mao Y, Lai D, Zhang W, Shen W: H2, ZAT10/12 aracılı antioksidan savunmayı manipüle ederek ve sodyum dışlanmasını kontrol ederek arabidopsis tuz toleransını artırır. PLoS Bir. 2012, 7 (11): e49800-10.1371/journal.pone.0049800.PubMed CentralMakaleyi GörüntülePubMedGoogle Akademik
13. Chen M, Cui W, Zhu K, Xie Y, Zhang C, Shen W: Hidrojen açısından zengin su, nitrik oksit üretimini azaltarak yoncada alüminyumun neden olduğu kök uzamasının engellenmesini hafifletir. J Hazard Mater. 2014, 267: 40-47.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar
14. Cui W, Gao C, Fang P, Lin G, Shen W: Hidrojen açısından zengin su ile Medicago sativadaki kadmiyum toksisitesinin hafifletilmesi. J Hazard Mater. 2013, 260: 715-724.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Akademik
15. Hu H, Li P, Wang Y, Gu R: Hidrojen açısından zengin su, kivinin hasat sonrası olgunlaşmasını ve yaşlanmasını geciktirir. Food Chem. 2014, 156: 100-109.Makaleyi GörüntülePubMedGoogle Scholar

telif hakkı

© Zeng ve diğerleri; lisans sahibi BioMed Central Ltd. 2014

Bu makale BioMed Central Ltd.'nin lisansı altında yayınlanmaktadır. Bu, orijinal eserin orijinal esere ait olması koşuluyla herhangi bir ortamda sınırsız kullanıma, dağıtıma ve çoğaltmaya izin veren Creative Commons Atıf Lisansı (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) koşulları altında dağıtılan bir Açık Erişim makalesidir. uygun şekilde kredilendirildi. Aksi belirtilmediği sürece, Creative Commons Kamu Alanı Tahsisi feragatnamesi (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/), bu makalede sunulan veriler için geçerlidir.

Çevirmen Karl Heinz Asenbaum'un 10.4.2017 Nisan XNUMX tarihli notu:

Zengh ve meslektaşları tarafından sunulan bu konunun önemi, konuyla ilgili tıbbi çalışmaların önemini neredeyse gölgede bırakıyor; aslında açlık ve yetersiz beslenmenin sonuçlarından ölen insanların sayısı, HIV/AIDS, sıtma ve tüberkülozun toplamından daha fazla. her yıl yaklaşık 8,8 milyon insan, bu da her üç saniyede bir ölüme karşılık geliyor (Wikipedia'ya göre 2007 itibariyle). Ancak insanlığın aşırı beslenen kesiminin karşılaştığı gıda kalitesindeki bozulma, aynı zamanda gübre ve böcek ilacı kullanımını azaltmak için hidrojenli su kullanılarak etkili bir şekilde mücadele edilebilecek bir sorundur. Tarımsal kimyanın etkileri nedeniyle kaç kişinin hastalanacağını, hatta öleceğini tahmin etmek şu anda mümkün değil. Bu nedenle, Zengh ve meslektaşlarımın 2014'teki cesur, övgüye değer ve kapsamlı çalışmalarını, kitabımın okuyucularına erişilebilir kılmak için neredeyse kısaltılmadan Almancaya çevirme özgürlüğünü kullandım.